文件描述符与文件指针

文件描述符与文件指针

       文件指针:C语言中使用文件指针做为I/O的句柄。文件指针指向进程用户区中的一个被称为FILE结构的数据结构。FILE结构包括缓冲区和文件描述符。而文件描述符是文件描述符表的一个索引,也就是说c语言的文件指针是Linux系统中对文件描述符的一种封装。

//FILE的结构
struct _iobuf {
        char *_ptr;          //缓冲区当前指针
        int   _cnt;
        char *_base;         //缓冲区基址
        int   _flag;         //文件读写模式
        int   _file;         //文件描述符
        int   _charbuf;      //缓冲区剩余自己个数
        int   _bufsiz;       //缓冲区大小
        char *_tmpfname;
        };
typedef struct _iobuf FILE;

       文件描述符:在Linux系统中打开文件就会获得文件描述符,它是个很小的正整数。每个进程在PCB中保存着一份文件描述符表,文件描述符就是这个表的索引,每个表项都有一个指向已打开文件的指针,已打开的文件在内核中用file* fd_array[] 结构体表示,文件描述符表中的指针指向结构体。
在这里插入图片描述

      文件描述符的分配规则:最小未使用。
      文件描述符范围:0~63
      程序运行会打开三个文件:(如下表)

标准输入文件标准输出文件标准错误文件
文件描述符012
文件流指针stdinstdoutstderr

      文件描述符的优点:兼容POSIX标准,许多系统调用都依赖于它;缺点是不能移植到unix之外的系统上去。
      文件指针的优点:是c语言中的通用格式,便于移植。

      可以从文件指针中获取文件描述符

int fd = open("TAGS", O_RDONLY);
FILE * fp = fopen("TAGS", "r");
printf("%d %d\n", fd, fp->_file);
### 文件描述符文件指针的区别联系 #### 一、基本概念 文件描述符(File Descriptor, FD)是一个非负整数,由操作系统分配给每个打开的文件或设备。它是进程文件描述符表中的索引,用于标识当前进程中已打开的文件资源[^2]。 文件指针(`FILE *`)则是 C/C++ 编程语言中的一种数据结构,通常用于高级 I/O 操作。它封装了底层的文件描述符以及其他元信息(如缓冲区状态),提供了更友好的接口供开发者使用[^5]。 --- #### 二、主要区别 1. **层次不同** - 文件描述符属于操作系统层面的概念,直接对应于内核维护的文件对象。 - 文件指针则位于应用层,是对文件描述符的一次封装,便于程序员进行更高层次的操作[^4]。 2. **功能范围** - 文件描述符仅支持低级操作,例如 `read()`、`write()`、`close()` 等系统调用。 - 文件指针除了能够完成类似的读写操作外,还额外支持格式化输入输出(如 `fprintf()`、`fscanf()`)、错误处理机制以及自动缓冲管理等功能[^5]。 3. **实现方式** - 文件描述符本质上只是一个整数值,在 Linux 或其他类 Unix 系统下代表某个特定的文件或者网络连接等资源。 - 而 FILE 结构体内部包含了指向实际文件描述符的字段(比如 `_fileno` 成员变量)。这意味着可以通过访问该成员获取到关联的基础文件描述符[^5]。 4. **跨平台特性** - 使用文件描述符编写程序具有良好的可移植性,因为几乎所有现代操作系统都遵循 POSIX 标准实现了统一 API 集合。 - 对应地,尽管标准库定义了一致的行为模式,但由于具体实现细节可能有所差异,因此基于文件流开发的应用可能会遇到兼容性问题[^3]。 --- #### 三、两者之间的关系 虽然它们分属不同的抽象级别,但在某些情况下可以互相转换: - 在 C 库函数的帮助下,可以从现有的文件流创建一个新的独立副本并获得相应的新文件描述符;反之亦然——利用 fdopen 函数可以把原始裸露出来的数字型句柄重新包装成易于使用的 stream object 形式[^5]。 下面展示一段简单的例子说明如何在这两种形式之间切换: ```c #include <stdio.h> #include <unistd.h> int main() { int fd = fileno(stdin); // 获取 stdin 的文件描述符 printf("Standard Input File Descriptor: %d\n", fd); FILE* fp = fdopen(1, "w"); // 将 stdout (file descriptor '1') 转换回 file pointer fprintf(fp, "This is written via a FILE pointer.\n"); fclose(fp); return 0; } ``` 此代码片段先是从预设的标准输入流提取出它的基础编号表示法即文件描述符,接着又演示怎样把另一个方向上的标准化输出端口映射回去形成新的高级别 IO 接口实例。 --- ### 总结 综上所述,文件描述符文件指针各有优劣之处:前者更加贴近硬件本质且效率较高但灵活性较差;后者虽牺牲了一些性能却极大地简化了复杂场景下的编码工作量并且增强了安全性保障措施。根据项目需求合理选用合适的工具才是最重要的原则之一。
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